物探方法在尋找地下水方面的應用

陳 永，肖國慶

(克東縣宏圖市政工程有限責任公司，黑龍江克東164800)

近年來，我國許多省、市相繼發生缺水的危機。如何運用有效的物探手段來查找地下水，已經成為一個日益緊迫的社會問題。

物探是利用地球物理的原理，根據各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質的差異，選用不同的物理方法和物探儀器，測量工程區的地球物理場的變化，以了解其水文地質和工程地質條件的勘探和測試方法。

常規的物探找水方法是通過勘查含水構造和層位來間接找水，目前常用于找水的物探方法有電阻率聯合剖面法、對稱四極測深法、激發極化法、瞬變電磁法及核磁共振法等。

1 常用的物探找水方法

1.1 電阻率聯合剖面法

電阻率聯合剖面法勘探是由兩組三極裝置聯合進行探測的視電阻率測量方法，它在大范圍內查找低阻體(構造破碎帶是造成低阻體反應的一種地質體)位置非常快速、準確。具有分辨能力高、異常明顯的優點。它主要是對地下同一深度的地層電阻率進行測量，如果聯剖曲線中出現低阻正交點，則說明該處巖石電阻率比周圍巖石的電阻率低，通過電阻率曲線的分析，即可知地下同一深度視電阻率值的高低。通常構造破碎帶由于巖體不完整或含水等原因而成為低阻異常。低阻正交點正是聯合剖面法所要查找的異常部位，它是存在構造破碎帶的重要特征。因此聯合剖面法在水文地質和工程地質調查中獲得廣泛的應用，是山區找水常用的、效果顯著的方法。

1.2 對稱四極測深法

對稱四極測深法是常規直流電阻率法勘探中較常用的一種方法，在同一點上通過逐次擴大供電電極距及測量電極距使探測深度逐漸加深，觀測測點處垂直方向由淺到深的電阻率變化，并依據地下目的層與相鄰層的電阻率差異來探測地下介質分布，經過資料解釋進行地下分層。利用對稱四極測深法找水，同樣是尋找相對低阻異常。此異常一般在曲線上表現為下降，平緩等形式，一般水位以下低阻異常越明顯，裂隙越發育，水量越大。

1.3 激發極化法

激發極化法(或稱激電法)就是以巖、礦石激發效應的差異為基礎，通過觀測和研究大地激電效應來探查地下地質情況或解決某些水文地質問題的一類電法勘探方法。采用直流電或交流電都可以研究地下介質的激電效應，前者稱為時間域激發極化法，后者稱為頻率域激發極化法。

激發極化法的野外工作方法和其它物探方法類似，是在事先布置好的測網上逐點進行觀測，來尋找各種類型的儲水構造。理論和實踐表明，激發極化法不受地形起伏和圍巖電性不均勻的影響，因此很適合用來尋找地下水，劃分富水地段。

1.4 瞬變電磁法

瞬變電磁法(TEM)是利用不接地回線或接地電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流而產生的二次電磁場的空間和時間分布，從而解決有關地質問題的時間域電磁法。瞬變電磁野外工作中一般是用線圈觀測感應電壓，根據實測電壓衰減曲線，可繪制不同時間道的視電阻率斷面圖，以此推斷地下異常分布情況。瞬變電磁法在揭示有關含水層結構及位置的同時，也能測量磁場以便繪出地下水位置及顯著的斷層和巖脈。計算機解釋技術能夠作出深度和含水層的電導率圖。這種資料能夠直接幫助水文地質學家識別并開發地下水。

1.5 核磁共振法

核磁共振(NMR)技術探測地下水的前提條件是水中氫核的順磁性，其磁矩不為零。在穩定地磁場的作用下，具有一定磁矩的氫核以旋進頻率fL(拉莫爾頻率，與地磁場強度有關)繞地磁場旋進。向鋪在地面上的線圈中通入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，在地層中形成的交變磁場激發下，地下水中的氫核產生能量躍遷，斷電后高能級的氫核釋放出大量的具有拉莫爾頻率的能量，用地面接收線圈接收由不同激發脈沖矩所激發產生的NMR信號，不同激發脈沖矩的接收信號幅度大小反映了不同深度氫核的數量即含水量的多寡，據此可探測不同深度地下水的含量。結合NMR信號衰減時間可分析含水層的出水難易程度。

野外工作首先根據測點周圍的干擾源特征選擇合適的線圈形狀鋪設線圈，然后測量測點的地磁場強度，確定激發頻率fL，設置采集參數，試驗確定該點的激發脈沖矩。第三按設定脈沖矩激發地磁場，接收NMR信號。

目前核磁共振找水法反演的模型是一維的，對含水地層呈水平層狀且與發射/接收線圈平行的情況，核磁共振找水法可以直接圈定含水層的深度、層厚、計算含水百分比，進而指導打井孔位，設計打井深度和估算成井涌水量是可行的。對于石灰巖地區的裂隙水和巖溶水，可以利用核磁共振找水儀接收NMR信號算出線圈范圍內探測深度內的含水量。

2 應用實例

2009年8月我單位采用物探方法在黑龍江省阿城市大嶺鄉開展物探找水工作，勘探工作的主要目的是尋找并確定含水破碎帶的位置。

本次采用聯合剖面和對稱四極測深相結合的方法來進行找水工作。

本次聯合剖面法和對稱四極測深均使用重慶奔騰數控技術研究所生產的WDJD—3型多功能數字電測儀。

聯合剖面法在工作區內布置了1條勘探線，測線采用AO =90 m、AO=70 m兩種極距，點距20 m;對稱四極測深在工作區進行了一個測深點勘探，兩種方法均采用磁盤記錄，微機資料整理。

圖1為本次聯合剖面測線的聯剖曲線圖，由該圖可看出出:低阻正交點位于樁號37.5 m處，低阻正交點兩側曲線分異很大，是由斷層破碎帶含水所致，斷層深度較大，含水層也較厚，斷層傾向大號點一側。由此推斷樁號37.5 m處為含水最佳位置。

圖2為本次所做測深點通過電腦擬合解釋得到的測深曲線成果圖，從圖可看出，曲線為H型，深度70～90 m為富水區間。

通過兩種物探方法綜合分析對比，測線的37.5 m處確定的低阻異常帶反映較好，最終確定為井位，建議打井深度70～90 m為宜。

3 結束語

在野外實際找水工作中，為了提高成功率，我們常常采用幾種物探方法相結合的方式，每種物探方法都有一定的局限性，只有取長補短，相互對照，才能更準確的定好井位，為我們的生活、生產提供更好更多的水源。

［1］長春地質學院水文物探編寫組.水文地質工程地質物探教程［M］.北京:地質出版社，1980.

［2］鄧一謙，雷宛.工程與環境物探［M］.成都:成都理工大學信息工程學院，2003.

［3］黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省阿城市大嶺鄉物探找水報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2009.

圖1 電阻率聯合剖面曲線圖

圖2 對稱四極電測深曲線擬合成果圖